本实用新型专利技术公开了一种用于将光传输到培养液的光导设备和装置。一种光导设备，用于使光通过一透光介质柱并进入相邻的生长培养溶液中，该光导设备包括一用于将该介质和溶液隔开的屏障结构，屏障结构是透光的，以允许提取光，并可调整以容纳折射率比介质小的材料，使得入射光以大于临界角的角度进入屏障结构来提供全反射，从而引导光通过设备。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本技术公开了一种用于将光传输到培养液的光导设备和装置。一种光导设备，用于使光通过一透光介质柱并进入相邻的生长培养溶液中，该光导设备包括一用于将该介质和溶液隔开的屏障结构，屏障结构是透光的，以允许提取光，并可调整以容纳折射率比介质小的材料，使得入射光以大于临界角的角度进入屏障结构来提供全反射，从而引导光通过设备。【专利说明】一种用于将光传输到培养液的光导设备和装置
本技术通常涉及用于将光散布到光合生物(如藻类)可生长培养液中的光导设备。
技术介绍
藻类的生长受到入射光密度和波长的影响。藻类在室外、池塘中等培养的情况下，藻类可能会暴露在阳光直射下。藻类在阳光直射下变得光抑制，因而生长速率会降低。此外，更接近表面的藻类可遮盖生长于其下的藻类，这同样使得在水下更低的藻类的生长速率降低。因此，已提出了各种系统来控制进入水体的光量以影响藻类生长速率。特别是，这些系统通常利用光导来将进入水体的光更均匀的散布到不同深度的相关的光合培养基里。一种已知形式的光导设备由固体塑料材料制成，这需要高质量以有效传输光。但是，与生产这种材料相关的成本使得这种光导设备不适合大型项目。
技术实现思路
根据本技术的第一个方面，提供一种光导设备，用于使光穿过一透光介质柱并进入相邻的生长培养溶液，该光导设备包括一屏障结构用于分离该介质和溶液，屏障结构是透光的，允许光的提取并可调整以容纳折射率比介质减小的材料，使得入射光以大于临界角的角度进入屏障结构来提供全反射，从而引导光通过设备。优选地，屏障结构包括一用于容纳介质的第一壁以及一用于容纳上述材料第二壁，该第二壁通过一间隙与第一壁隔开。优选地，介质是液柱的形式，所述材料是气体。本技术的另一方面提供一用于传输光的光导设备，其包括一具有第一和第二壁的屏障结构，该屏障结构用于分离光传输介质柱和培养溶液；其中第一和第二壁由一间隙隔开；并且其中第一和第二壁是透光的，允许从介质中提取光到培养溶液中。优选地，介质是液体。优选地，间隙充满气体，允许入射到在液柱中屏障结构的光通过全反射传输通过液柱。优选地,气体是空气。优选地，第一和第二壁由聚合物薄片组成。优选地，第一和第二壁的部分接合从而形成接合部分。优选地，间隙是由多个限定在壁接合部分之间的间隙部分形成的。优选的，间隙的最小宽度是I微米。在一种形式中，该设备包括一波长转换元件，用于转换射入该设备的光波长。在一种形式中，第一和第二壁中的至少一个包括波长转换元件。在一种形式中，波长转换元件以薄片材料形式提供，该薄片材料位于培养溶液内。在一种形式中，波长转换元件包括荧光或磷光材料。优选地，设备是单元格(cell)的形式，并且将屏障结构配置成容纳介质或者培养溶液，与相邻的另一种介质或培养溶液隔开。在本技术另一方面，提供了一种培养装置，包括根据上述定义的单元格形成的单元格阵列。优选地，该相邻的单元格共享共同的屏障结构。优选地，在培养溶液上方提供盖子以防止培养液受到阳光直射。优选地，盖子配置成将光从培养溶液上方导入光导设备。在本技术的另一个方面，提供一培养装置，包括与上述定义的单元格一致的单元格，其中单元格具有包括屏障结构的相对的侧壁，该侧壁从单元格的第一末端朝单元格第二末端彼此叉开。优选地，在介质内至少有两个所述单元格，该单元格与在其间的介质柱并排布置，每个单元格的第一末端位于朝向介质的表面，每个单元格的第二末端位于朝向远离介质表面。优选地，从单元格的前端和后端中的一个的角度观察时，该单元格或每个单元格大体上是二角形的。优选地，该单元格或每个单元格包含培养溶液，并且介质是水。在本技术的另一方面，提供一种将光传输通过设备并进入培养溶液的方法，包括:通过与液柱相邻的气体处发生的全反射，引导光穿过液柱，远离设备的光接收末端；以及从液柱提取光。【专利附图】【附图说明】仅通过非限制性实例方式结合相应附图描述本技术，其中:图1是两个相邻光导设备的分割视图；图2是光导设备的第一和第二壁的侧视图；图3是第一和第二壁之间的间隙部分的侧视图，展示了全反射；图4a、4b、4c和4d是光线追踪图；图5是光导设备的侧视图，该光导设备浸入到含有培养溶液的容器中；图6是浸入到含有培养溶液的容器中的单元格的侧视图，培养液中具有添加到水柱的光分散粒子；图7是包括波长转换元件的单元格的第一和第二壁的侧视图；图8是适于户外培养藻的培养装置的侧视图；图9是一具有设备的光接收末端以及相关藻培养单元格盖子的培养装置的顶视图；图10是一培养装置的顶视图，其中设备的光接收末端是圆形的；图11是适于户外培养藻的培养装置的侧视图；图12是具有将第一和第二液体隔开的屏障的另一个设备的视图；图13a、13b和13c展示了设备的三种备选布置；图14a展示了在培养藻的培养装置中使用的藻培养单元格的透视剖面图；图14b所示为在水介质中具有多个藻培养单元格的培养装置的剖视图；图14c所示为藻培养单元格的屏障结构的详细视图。【具体实施方式】图1所示为用于将光传输通过透光介质柱3a进入相邻的培养溶液5的光导设备1，所述透光介质柱是水柱3的形式。设备I包括用于将水柱3和培养溶液5隔开的屏障结构6。所述屏障结构6是透光的，以允许光的提取，并且是可调整的，以容纳折射率比水3小的材料(9a)，优选地，9a是气体，例如空气9。结果使得入射光以大于临界角的角度进入屏障结构来提供全反射，从而引导光通过设备I。屏障结构6包括一用于容纳水柱3的第一壁2以及一相邻的第二壁4，该第二壁4用于将设备I从周围的培养溶液5分开。第一和第二壁由间隙10隔开，而第二壁4是透光的，允许从水柱3提取光进入到培养溶液5中。培养溶液5包括处于生长介质中的藻,该生长介质可能主要基于水。图2所示为第一壁2和第二壁4，二者在接合部分连接到一起，以限定其中的间隙部分。间隙部分7充满气体，优选是空气9。替代地，空气9可替换为另一种气体，如氮气、氩气或二氧化碳。可设想到，由于第一壁2和第二壁4的通透性降低，使用惰性气体，如氩气，在一些情形下可能是有利的。如图2中“D”所示，间隙部分7的最小宽度至少为I微米或入射光的两个波长。第一壁2和第二壁4由透光聚合物形成，如透明的塑料薄片，并且可通过热焊接接合。接合部分8也可以是网状或编织的形式与间隙部分I相邻。在这种形式中，应了解的是，屏障结构6是充满气体的双`层透光屏障结构的形式，其提供了水柱3和培养溶液5之间的透光性。图3显示了屏障结构6的一详细视图，展示了一光线11以与垂直于第一壁2的表面的法线成α角的入射角度入射到第一壁2上。在这种配置中，光线11将会遇到位于水柱3和培养溶液5之间的气体9。由于气体9的折射率约为1.0003,而水柱3的折射率约为1.33，入射角度超过临界角Qrait (在本例中为大约49度)，入射光11将会发生全反射。在该图中，入射角α大于临界角Θ rait，因此光线11会发生全反射。在水柱3和空气9之间的第一壁2的存在并不影响临界角，因此不会影响光线的全反射。这是因为第一壁2由折射率大于空气和水的聚合物形成。下面给出这一点的证明，以阐明尽管有第一壁2的存在，全反射角度不会改变。通过插入一个具有较高折射率112的层，我们想要展示来自折射率为Ii1的介质的光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光导设备，用于使光通过一透光介质柱并进入相邻的生长培养溶液中，所述光导设备包括一屏障结构用于将所述介质和溶液隔开，所述屏障结构是透光的，以允许提取光，并可调整以容纳折射率比介质小的材料，使得入射光以大于临界角的角度进入所述屏障结构而发生全反射，从而引导光通过设备。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·富兰克林，
申请(专利权)人：悉尼科技大学，
类型：
国别省市：
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